4.4. Пластинчатые насосы

.

По характеру движения рабочих органов пластинчатые насосы (шиберные) относятся к роторно-поступательным. По числу циклов работы за один оборот различают насосы однократного и двукратного (двойного) действия. Насосы однократного действия выполняют регулируемыми и нерегулируемыми, а насосы двукратного действия только нерегулируемыми.

Рассмотрим устройство и работу пластинчатого насоса однократного действия с нерегулируемой подачей.

Ротор 2 представляет собой барабан с пазами, в которые входят пластины 3. Ротор эксцентрично установлен в корпусе (статоре) 1. При вращении его пластины прижимаются своими наружными торцами к внутренней поверхности корпуса насоса пружинами 6 и центробежной силой. Объем полости, заключенной между соседними пластинами, поверхностью ротора и стенкой корпуса, при движении в районе камеры всасывания 4 увеличивается , вследствие чего происходит всасывание жидкости. Наоборот, при движении в районе камеры нагнетания 5 объем этой полости уменьшается и происходит вытеснение жидкости в напорный трубопровод.

Подача пластинчатого насоса за один оборот ротора соответствует объему, заключенному между пластинами, ротором и корпусом.

Средняя действительная подача при частоте вращения n [об/мин] с учетом стеснения объема лопатками и утечки жидкости будет равна:

,

где b=(0,8÷1,7 D) – ширина ротора;

e=(0,05÷0,08D) – эксцентриситет;

D – диаметр расточки статора;

l –толщина пластины;

z =(6÷12) – число пластин;

η₀=(0,7÷0,9) – объемный КПД

Регулирование подачи и реверсирование насоса производится изменением значения и знака эксцентриситета e, для чего у регулируемых насосов есть механизм перемещения статорного кольца относительно ротора и неподвижного корпуса. Давление p ≈6 МПа.

Для больших давлений применяют пластинчатые насосы двукратного действия: за один оборот ротора два расширения и два сжатия. Они создают давление до 13 МПа.

Характеристика пластинчатых насосов как и у других насосов объемного принципа действия. Общее КПД - η _нас = 0,4÷0,85.

Отечественная промышленность выпускает пластинчатые насосы различных типоразмеров. Среди них 12 модификаций насосов Г12-2, рассчитанных на подачу (0,8÷3,3)10^-3 м³/с при рабочем давлении 6,3 МПа и 12 модификаций насосов БГ12-2, рассчитанных на ту же подачу при рабочем давлении 12,5 МПа.

Пластинчатые насосы находят широкое применение в гидроприводах, включая рулевые и палубные механизмы судов.

4.5. Роторно-поршневые насосы.

Различают роторные радиально-поршневые насосы с радиальным расположением цилиндров относительно оси вращения ротора и аксиально-поршневые насосы с аксиальным расположением цилиндров относительно оси вращения цилиндрового бока.

Радиально- поршневые насосы.

Рассмотрим устройство и принцип действия насоса.

1. Неподвижная цапфа с перегородкой, которая образует полости 2 и 3, связанные с исполнительными органами (цилиндрами) рабочей машины;

2. нижняя полость;

3. верхняя полость;

4. ротор;

5. плунжер;

6. ползун;

7. направляющее кольцо;

8. шток манипулятора;

9. корпус.

Ротор насоса вращается посредством исполнительного двигателя ИД с возможно постоянной частотой вращения. Внутри ротора радиально к оси вращения располагаются цилиндры, внутри которых находятся плунжера 5, шарнирно связанные с ползунами 6. При вращении ротора ползуны скользят по внутренней опорной поверхности направляющего кольца 7, которое свободно закреплено в корпусе насоса и может перемещаться вправо и влево на величину эксцентриситета воздействием сервопривода на шток манипулятора 8.

При совмещении оси направляющего кольца с осью вращения ротора плунжера в своих цилиндрах при работе насоса радиальных перемещений не совершают. При смещении кольца по оси ХХ (пусть вправо) и при вращении ротора против часовой стрелки объем цилиндра, находящегося на 9 часов будет минимальным (плунжер максимально приближен к цапфе), затем поршень отходит, объем цилиндра увеличивается, возникает разряжение и жидкость поступает из полости 2 в цилиндр. При положении цилиндра на три часа его объем максимален. При дальнейшем движении объем цилиндра уменьшается и рабочая жидкость выжимается плунжером в полость 3.

При смещении барабана влево и неизменном направлении вращения ротора подача будет осуществляться из полости 3 в полость 2. Изменение эксцентриситета изменяет величину подачи.

Для расчета теоретической подачи введем обозначения:

h=2e – ход плунжера, м;

d – диаметр цилиндра, м;

z – число цилиндров;

m – число секций насоса.

Средняя по времени теоретическая подача насоса определится уравнением:

, м³/с

Число цилиндров (5÷11), большое и нечетное обеспечивает равномерность подачи насоса и лучшую балансировку ротора. Могут иметь несколько секций. Характеристики как у поршневых насосов. Имеет высокий КПД( объемный 0,96-0,98 и механический 0,80-0,95)..

Номинальное давление составляет 13 МПа. Частота вращения n=900÷1500 об/мин. Имеют большой срок службы (до 40000 ч.), применяются в мощных гидроприводах различных отраслях промышленности и морских судов.

Аксиально – поршневые насосы.

Рассмотрим устройство и принцип действия насоса.

Он состоит из блока цилиндров 2 с поршнями 3, связанными шатунами 4 с наклонным диском-шайбой 5. Ход поршней зависит от угла наклона шайбы к оси блока цилиндров. Распределение жидкости обычно производится через серпообразные окна 9 и 10 в опорно-распределительном диске 1 и отверстия 8 в блоке цилиндров 2. В мертвых точках поршней отверстия каждого цилиндра перекрываются нижней и верхней разделительными перемычками, находящимися между окнами 9 и 10(на рисунке опорно-распределительный диск 1 смещен для возможности показа окон). Приводной вал 7 и диск 5 соединены с блоком цилиндров 2 универсальным шарниром (карданом) 6.

Применяются также насосы с бескарданной связью блока с наклонным диском, что позволяет уменьшить диаметр блока цилиндров и улучшить вибрационные характеристики. Связь ведущего наклонного диска с блоком цилиндров в насосе осуществляется лишь с помощью поршневых шатунов Конструктивная схема насоса, в котором отсутствует карданная и шатунная связь наклонного диска с поршневым блоком имеет вид.

Поршни насоса выполнены в виде плунжеров 2, связанных с наклонной шайбой 3 с помощью пружин 1, которые опираются на шайбу своими сферическими концами.

Подача насоса регулируется изменением угла γ наклона диска 3 и может быть рассчитана по уравнению.

Q = π·d² · z·h·n/240 (м³/c)

Здесь h = D tg γ, где D – диаметр окружности, на которой расположены центры цилиндров; γ – угол наклона шайбы.

Число цилиндров z обычно принимается равным 5 – 9. Максимальный угол наклона шайбы составляет 20˚. Номинальное давление насосов, применяемых в гидроприводе отечественных рулевых машин, составляет 9,8 МПа, частота вращения от 980 до 3000 об/мин.